CN1066608C - 表面安装器件安装机的器件识别方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于SMD安装机的改进的器件识别方法及装置，在器件检测摄像机的一侧安装了一个位置检验识别器，其上形成有一个位置检验识别点，其中，工作识别摄像机中的与工作头中心之间的距离等于位置检验识别点与器件检测摄像机中的之间的距离。利用本发明的方法及装置，能够消除工作头中心与器件检测摄像机中心间的偏差，从而实现精确的SMD安装。

Description

表面安装器件安装机的器件识别方法和装置
本发明涉及一种用于表面安装器件(SMD)安装机的器件识别方法和装置，特别是一种改进的器件识别方法及装置，此方法和装置能使SMD安装机根据变形误差和位置定位精度误差来控制器件的位置，使器件更精确地安装在PCB(印制电路板)上。
一般来说，基于表面安装器件的器件安装技术用于在PCB上安装器件，而不制作使管脚穿过的孔并电连接管脚和PCB。这里，用于抓起器件并将之安装在PCB上的装置称为SMD安装机。SMD安装机移到器件供给装置的位置上，抓起一个相应的器件，并将此器件安装在PCB上。当SMD安装机的工作头抓起一个器件并安装在PCB上时，SMD安装机上下移动，并且在这几个位置之间水平移动。
近来，由于电器及电子产品制造得越来越轻越小，使得SMD技术被更广泛地应用。特别是当引线之间的间距小于0.5mm时，安装象一个四边形平面安装(QFP)(quad flat package)的器件就很困难。为了克服上述问题，既然SMD和QFP器件尺寸小，相邻引线间的间距小，则器件安装精度就必须提高。因此，必须使用摄像机、图像处理装置及其他装置用观察识别(eyesight recognizing)对中法进行QFP的表面安装对中。
上述视觉识别对中法在工业中已经应用。
图1是一平面示意图，所说明的SMD安装机带有一个普通器件识别装置，图2是一透视图，说明SMD安装机的普通器件识别装置。
如上述两图所示，在SMD安装机床身10上，安装了X-Y平台20，X-Y平台20包括一对相间的Y轴平台21和22及沿Y轴平台21和22滑动的X轴平台23。沿Y轴平台22方向上在其一侧安装一个驱动单元24(例如滚珠丝杠)，用来使X轴平台23在Y轴平台的Y向上作往复运动。工作头25安装在X轴平台23上，用来抓起并安装器件，并可沿X轴平台23滑动。一个工位识别摄像机26可滑动地安装在工作头25的一侧，用来识别器件的工位。一个驱动单元27(例如一个滚珠丝杠)安装在X轴平台23上，用来使工作头25在X轴平台的长度方向上作往复运动。一个传送装置40安装在SMD安装机床身10上，用来传送PCB(印刷电路板)30。一个器件检测摄像机60安装在SMD安装机床身10的一侧，用来检测位于工作头25上的器件50的中心与工作头25的中心之间的偏差量。一个观察识别器70与工位识别摄像机26和器件检测摄像机60相连接，用来识别由两个摄像机检测到的位置。位置控制器80在观察识别器70和X-Y平台20之间连接，用来驱动X-Y平台的驱动单元24和27，并根据观察识别器70识别的信号控制工作头25的位置。
下面介绍SMD安装机的普通器件识别装置的操作过程。
首先，在工作头25抓起器件50前，必须输入相对于器件检测摄像机60的中心的绝对位置坐标，当器件抓起指令信号发给***时，工作头25移向器件供给装置(图中没有示出)并抓起相应的器件。X-Y平台20的驱动单元24和27由位置控制器80驱动，使工作头25在X或Y轴方向移动，移动到器件检测摄像机60处。观察识别器70测量器件相对于器件检测摄像机中心的偏差量(dx,dy,dθ)并将表示此偏差量的信号传送给位置控制器80。位置控制器80驱动X-Y平台20的驱动单元24和27，并移动到工位31上，如图1所示，工位31在PCB30上。当器件50移动到工位31时，一个工位识别点就由工位识别摄像机60进引识别，校正由观察识别器70测得的器件50的偏差量，器件就安装在工位31上。
然而，在普通器件识别装置中，当抓住器件50的工作头移到器件检测摄像机60，并使器件检测摄像机60的中心与工作头25的中心重合时，由于X-Y平台20的驱动单元24和27的热变形、定位精度误差以及如图3A所示的误差，使工作头25的中心与器件检测摄像机60中心可能不重合。
如图3B所示，当工作头25和器件检测摄像机60的中心不重合时，由观察识别器70测得的器件50的中心偏差量根据器件检测摄像机60的中心进行校正。然后，器件在工位31上安装，因而器件安装就很精确。可是，如图3A所示，由于X-Y平台20的驱动单元24和27的热变形、定位精度误差等，必然存在工作头25的中心与器件检测摄像机60的中心之间的偏差量(dx1,dy1)，将器件50的中心相对于工作头25的中心的偏差量(dx,dy)与工作头25的中心与器件检测摄像机60的中心间的偏差量(dx1,dy1)相加，可以得到由观察识别器70测得的器件50的中心相对于器件检测摄像机60的中心的偏差量。也就是说，如图3C所示，由观察识别器70测得的器件50的中心相对于器件检测摄像机60的中心的偏差量(dx2,dy2)等于“(dx,dy)+(dx1,dy1)”。
可是，在此普通器件识别装置中，当抓住器件50的工作头移到器件检测摄像机60处，并将器件50安装在器件检测摄像机60的绝对位置坐标时，假定工作头25的中心与器件检测摄像机60的中心重合，也即是假定偏差量(dx1,dy1)等于0，并且器件50的中心相对于器件检测摄像机60的中心的偏差量可测得。因此，当由于X-Y平台20的驱动单元24和27的热变形、定位精度误差等而使工作头25的中心与器件检测摄像机60的中心不重合时，此偏差量是不可校正的，从而不可能精确地在PCB的工位上安装器件。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于SMD安装机的器件识别方法和装置，以使此安装机可以克服在常规工艺中遇到的问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于SMD安装机的改进的器件识别方法和装置，以使此安装能根据变形误差和定位精度误差控制器件的位置，使器件更精确地安装在PCB(印刷电路板)上。
为实现上述目的，提供了一种用于表面安装器件安装机的器件识别方法，该表面安装器件安装机包括一个器件检测摄像机；工作头；安装在工作头一侧的工位识别摄像机；和安装在器件检测摄像机一侧的位置检验识别器，在位置检验识别器上面设有一个位置检验识别点，其中，工位识别摄像机中心与工作头中心间的距离等于位置检验识别点与器件检测摄像机中心间的距离，所述识别方法包括：输入器件检测摄像机的绝对位置坐标；用工作头抓起一个器件；使工作头移到器件检测摄像机的绝对位置；测量工位识别摄像机中心与位置检验识别点的偏差量；校正所述偏差量；使工作头移到工位上；校正器件中心相对于器件检测摄像机中心的偏差量；将器件安装在工位上。
为实现上述目的，提供了一种用于表面安装器件安装机的器件识别装置，具有一个X-Y平台，此平台有一对平行安装于表面安装器件(SMD)安装机上的Y轴平台和一个安装在Y轴平台上并可沿Y轴平台滑动的X轴平台，并包括：可滑动地安装于X轴平台上用于抓起并安装器件的工作头；安装在工作头一侧用于识别器件安装工位的工位识别摄像机；安装在X-Y平台之下的SMD安装机床身上的用于检测由工作头抓起的器件的中心与工作头中心之间的偏差的器件检测摄像机；与工位识别摄像机和器件检测摄像机相连接的用于通过这两个摄像机来识别位置的观察识别器；与观察识别器和X-Y平台相连的按照由观察识别器识别的信号来控制工作头位置的位置控制器；所述装置还包括安装于器件检测摄像机一侧的位置检验识别器，在其上面形成有一个位置检验识别点，其中，工位识别摄像机的中心和工作头中心之间的距离与位置检验识别点和器件检测摄像机的中心之间的距离是相同的。
本发明的其他优点目的及特征从下面的描述中显而可见。
从后面详细的描述及以示意方法给出的附图中，就能很清楚地理解本发明，本发明并不局限于上述描述和附图。
图1是一个平面示意图，说明带有一个普通器件识别装置的SMD安装机；
图2是一个透视图，说明SMD安装机的普通器件识别装置；
图3A到3C是说明SMD安装机的普通器件识别装置的工作头、器件和器件检测摄像机之间的关系的视图，其中：
图3A是一说明工作头中心与器件检测摄像机的中心之间的偏差量的视图；
图3B是一说明器件中心与工作头的中心之间的偏差量的视图；
图3C是一说明器件中心、工作头中心与器件检测摄像机中心之间的偏差量的视图；
图4是一个平面示意图，说明根据本发明带有器件识别装置的SMD安装机；
图5是一个透视图，说明根据本发明的SMD安装机的器件识别装置；
图6是一个说明在根据本发明的SMD安装机中，工作头和工位识别摄像机的中心与器件检测摄像机和器件识别装置的位置检验识别点的中心之间的关系的视图，这些中心在某一预定点重合；
图7A到7C是说明在根据本发明的SMD安装机中，工作头、器件、器件检测摄像机和器件识别装置的位置检验识别点之间的关系的视图，其中：
图7A是一说明工作头中心与器件中心之间的偏差量的视图；
图7B是一说明工位识别摄像机的中心与位置检验识别点的中心之间的偏差量的视图；
图7C是一说明器件中心、工作头中心和器件检测摄像机的中心之间的偏差量的视图；
图8是一流程图，说明根据本发明的器件识别控制过程。
图4是一个平面示意图，说明带有器件识别装置的SMD安装机；图5是一个透视图，说明根据本发明的SMD安装机的器件识别装置。
如图4和图5所示，在SMD安装机床身110上安装了X-Y平台120。X-Y平台120包括平行安装在SMD安装机床身110上的Y轴平台121和122，以及在Y轴平台121和122之间垂直于Y轴平台安装并沿Y轴平台滑动的X轴平台123。一个驱动单元124(例如一个滚珠丝杠)安装在Y轴平台122的一边，用来使X轴平台123在Y轴平台的长度方向上往复运动。工作头125安装在X轴平台123上并沿X轴平台123滑动，用来抓起并安装器件。一个工位识别摄像机126可滑动地安装在工作头125的一侧，用来识别器件的工位。一个驱动单元127(例如滚珠丝杠)安装在X轴平台123上，用来驱动工作头125在X轴平台的长度方向上运动。
一个器件检测摄像机160安装在SMD安装机床身110的一侧，用来检测由工作头125抓起的器件150的中心与工作头125的中心之间的偏差量。一个位置检验识别器161安装在器件检测摄像机160的一端。在位置检验识别器161的上表面的中心形成一个位置检验识别点，此点由工位识别摄像机126进行检测。工作头125的中心与工位识别摄像机126中心之间的距离与器件检测摄像机160与位置检验识别点162的中心之间的距离是完全相同的。一个观察识别器170与工位识别摄像机126和器件检测摄像机160相连接，用来识别通过此两个摄像机检测到的位置。一个位置控制器180与观察识别器170与X-Y平台120相连接，用来按由观察识别器170识别到的信号驱动X-Y平台120的驱动单元124和127，从而控制工作头125的位置。
下面说明根据本发明的SMD安装机的器件识别装置的操作过程。
执行器件安装过程之前，需输入器件检测摄像机160的中心的绝对位置坐标。一个器件抓起信号发出后，工作头125移向器件供给装置(未示出)并抓起器件150。X-Y平台120的驱动单元124和127由位置控制器180驱动，推动工作头125在X或Y向移动，使工作头125移到器件检测摄像机160处。当工作头125移到器件检测摄像机160的位置上时，如图6所示，工位识别摄像机126就移到位置检验识别器161的位置上，这是因为工作头125的中心和工位识别摄像机126之间的距离与器件检测摄像机160的中心和位置检验识别器161的位置检验识别点162的中心之间的距离是完全相同的。通过工位识别摄像机126检测到的位置检验识别点162的位置由观察识别器170进行测量。测量结果，当工位识别摄像机126的中心和位置检验识别点162的中心完全一致时，观察识别器170就测量器件相对于器件检测摄像机160的中心的偏差量(dx,dy,dθ)，如图7A所示，并根据测得的偏差量输出一个信号给位置控制器180。位置控制器180驱动X-Y平台120的驱动单元124和127，推动抓着器件150的工作头向PCB130的工位131移动。当器件150安装在工位131上时，由工位识别摄像机126识别工位识别点，并校正由观察识别器170测得的器件的偏差量(dx,dy,dθ)，从而，器件150就能精确地安装在工位131上。
然而，当由工作头125抓起的器件150移到器件检测摄像机160的位置，并使器件检测摄像机160的中心与工作头125的中心重合时，由于X-Y平台120的驱动单元124和127的热变型、定位精度误差、以及类似的误差(如图7B所示)，致使工位识别摄像机126的中心与位置检验识别器161的位置检验识别点162的中心不能重合。也就是说，工位识别摄像机126的中心与位置检验识别点162的中心存在偏差“dx1,dx2”因此，工作头125的中心和器件检测摄像机160的中心就存在偏差“dx1,dx2”，如图7C所示。
如图7B所示，当工位识别摄像机126的中心与位置检验识别点162的中心之间存在偏差量(dx1,dy1)时，观察识别器170测量此偏差量，并传送一个表示此检测的偏差量的数据给位置控制器180。位置控制器180按照观察识别器170传来的偏差量驱动X-Y平台120的驱动单元124和127，控制抓着器件150的工作头125和工位识别摄像机126的位置。当完成工作头125和工位识别摄像机126的位置控制后，由工位识别摄像机126来检测位置检验识别点162的中心的位置，此位置由观察识别器170进行测量。测量结果，当工位识别摄像机126的中心与位置检验识别点162的中心完全重合时，观察识别器170就测量器件中心相对于器件检测摄像机160的中心的偏差量(dx,dy,dθ)，如图7A所示，并将对应此测得的偏差量的信号传送给位置控制器180。位置控制器180驱动X-Y平台120的驱动单元124和127，推动抓着器件150的工作头125移向PCB130的工位131。
可是，测量结果，在工位识别摄像机126的中心与位置检验识别点162的中心之间仍然存在偏差量时，需重复上述过程直到偏差量为0。
图8是一个流程图，说明根据本发明的器件识别控制过程。
此过程参考图8进行说明。
首先，在器件安装过程执行之前，需输入器件检测摄像机的绝对位置坐标(第1步)。当器件检测摄像机的绝对位置坐标输入之后，器件表面安装过程启动(第2步)。当传送一个器件抓起信号后，位置控制器驱动X-Y平台的驱动单元，工作头移向器件供给装置，抓起相应的器件(第3步)。当工作头抓起器件后，位置控制器驱动X-Y平台的驱动单元，工作头移到器件检测摄像机的绝对位置，并且工位识别摄像机移向位置检验识别单元(第4步)。工位识别摄像机移到位置检验识别器的位置后检测位置检验识别器的位置检验识别点，观察识别器测量工位识别摄像机的中心与位置检验识别点的中心之间的偏差量(dx1,dy1)(第5步)。判断测得的偏差量是否为0(第6步)。
当偏差量不为0，则执行第7步，当偏差量为0，则执行第8步。在第7步中，表示偏差量的信号传送给位置控制器，位置控制器驱动X-Y平台的驱动单元，使工作头和工位识别摄像机移动，以校正此偏差量。当偏差量校正后，执行第5步。在第8步中，观察识别器测量器件中心相对于器件检测摄像机中心的偏差量(dx,dy,dθ)，并发送一个表示测得偏差量的信号给位置控制器。
位置控制器驱动X-Y平台的驱动单元，使抓着器件的工作头移到PCB的工位上(第9步)。在抓着器件的工作头移到工位之后，校正由观察识别器测得的器件中心相对于器件检测摄像机的中心的偏差量(dx,dy,dθ)，并将器件安装在工位上(第10步)。器件精确地安装于工位之后，判断抓起另一个器件(第11步)。当抓起另一器件之后，执行第3步。当不需要抓起器件时，执行第12步。
按照本发明的器件识别方法，当在工位识别摄像机的中心与位置检验识别器的位置检验识别点的中心之间存在偏差量时，位置控制器驱动X-Y平台的驱动单元，直至使偏差量为0，并重复移动工作头和工位识别摄像机这种位置控制过程。另外，可以按下面的另一种方法校正偏差量，使器件安装在工位上。这即是，如图6C所示，与前述本发明的第一实施例不同，工位识别摄像机的中心与工作头的中心之间的偏差量在器件移至工位前不进行校正。也就是器件移到工位之后，从偏差量(dx2,dy2)中减去偏差量(dx1,dy1)。这样就取得了工作头中心与器件检测摄像机中心之间的偏差量。校正此偏差量，然后将器件安装在工位上。
如上所述，依据本发明用于SMD安装机的器件识别方法和装置是用于使工位识别摄像机的中心与位置检验识别器的中心重合，校正在工作头中心与器件检测摄像机中心完全重合状态下附着在工作头上的器件的偏差量，并将器件安装在工位上，从而精确地将器件安装在PCB的工位上。
尽管以上为说明的目的公开了本发明的优选实施例，但应当理解，本领域熟练技术人员仍可对其作出各种修改、附加功能或替换。这些并不超出本发明在权利要求书中所限定的范围和宗旨。

Claims (2)

1．一种用于表面安装器件安装机的器件识别方法，该表面安装器件安装机包括一个器件检测摄像机；工作头；安装在工作头一侧的工位识别摄像机；和安装在器件检测摄像机一侧的位置检验识别器，在位置检验识别器上面设有一个位置检验识别点，其中，工位识别摄像机中心与工作头中心间的距离等于位置检验识别点与器件检测摄像机中心间的距离，所述识别方法包括：
输入器件检测摄像机的绝对位置坐标；
用工作头抓起一个器件；
使工作头移到器件检测摄像机的绝对位置；
测量工位识别摄像机中心与位置检验识别点的偏差量；
校正所述偏差量；
使工作头移到工位上；
校正器件中心相对于器件检测摄像机中心的偏差量；
将器件安装在工位上。
2．一种用于表面安装器件安装机的器件识别装置，具有一个X-Y平台，此平台有一对平行安装于表面安装器件(SMD)安装机上的Y轴平台和一个安装在Y轴平台上并可沿Y轴平台滑动的X轴平台，并包括：
可滑动地安装于X轴平台上用于抓起并安装器件的工作头；
安装在工作头一侧用于识别器件安装工位的工位识别摄像机；
安装在X-Y平台之下的SMD安装机床身上的用于检测由工作头抓起的器件的中心与工作头中心之间的偏差的器件检测摄像机；
与工位识别摄像机和器件检测摄像机相连接的用于通过这两个摄像机来识别位置的观察识别器；
与观察识别器和X-Y平台相连的按照由观察识别器识别的信号来控制工作头位置的位置控制器；
其特征在于，所述装置还包括安装于器件检测摄像机一侧的位置检验识别器，在其上面形成有一个位置检验识别点，其中，工位识别摄像机的中心和工作头中心之间的距离与位置检验识别点和器件检测摄像机的中心之间的距离是相同的。
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